非線性西原體模型及其應用

盧小雨,王 游

(1.安徽理工大學 力學與光電物理學院,安徽 淮南 232001；2.安徽理工大學 土木建筑學院,安徽 淮南 232001)

巖體巷道與支護工程的長期穩定性和安全性與巖石在長期應力狀態下的力學行為密切相關，這種與時間有關的力學行為稱之為巖石的蠕變[1]。建立合適的巖石蠕變模型是研究巖石蠕變的方法之一，線性元件由于參數少，物理意義明確且能描述巖石蠕變復雜的力學特性而被廣泛應用于蠕變模型中，但基于線性組合元件構建的蠕變模型對加速蠕變階段的描述并不十分理想。建立起能全面描述巖石蠕變各個階段和蠕變機理的模型是目前巖石蠕變學研究的熱點和難點[2-5]。針對這一課題，眾多研究學者主要采用以下兩種方法：(1)用新的非定參數元件代替蠕變模型中的線性元件，例如，宋勇軍[6]對灰質板巖進行分級加載下的蠕變研究，采用FC元件組合建立一種非線性Burgers模型，該模型在不同加載應力水平下都能較好地描述巖石三個蠕變階段，何志磊[7]通過把西原體模型中的牛頓體用軟體元件替代，從而建立了基于分數階的蠕變模型，并對模型參數進行敏感性分析；(2)依據巖石蠕變硬化和軟化機理，采用損傷力學和斷裂力學等新理論建立起巖石非線性蠕變模型，例如，羅潤林[8]通過引入損傷變量和黏性系數硬化函數，建立起能全面反映軟巖黏彈塑性蠕變機制和損傷特征的蠕變模型，宋勇軍[9]基于巖石蠕變過程中的蠕變……